Спіральний теплообмінник

1. Спіральний теплообмінник (1), який містить спіральний корпус (2), утворений принаймні одним спіральним листом, скрученим для утворення спірального корпуса (2), який утворює принаймні перший проточний канал спіральної форми для першого середовища і другий проточний канал спіральної форми для другого середовища, причому спіральний корпус (2) поміщений у практично циліндричний кожух (4), оснащений з'єднувальними елементами (8а, 8b, 9а, 9b), які сполучаються з першим проточним каналом і другим проточним каналом, який відрізняється тим, що кожух (4) має принаймні дві частини кожуха (4а, 4b), причому спіральний корпус (2) оснащений принаймні одним жорстко прикріпленим фланцем (3) на своїй зовнішній периферійній поверхні, до якого принаймні дві частини кожуха (4а, 4b) жорстко прикріплені. 2. Спіральний теплообмінник (1) за п. 1, який відрізняється тим, що фланець (3) спірального корпуса (2) розміщений симетрично посередині спірального корпуса (2), маючи рівну відстань до торців (11а, 11b) спірального корпуса (2) від принаймні одного фланця (3). 3. Спіральний теплообмінник (1) за п. 1, який відрізняється тим, що фланець (3) спірального корпуса (2) розміщений асиметрично на периферії спірального корпуса (2), маючи різну відстань до торців (11а, 11b) спірального корпуса (2) від принаймні одного фланця (3). 4. Спіральний теплообмінник (1) за одним із пунктів 2 або 3, який відрізняється тим, що принаймні один фланець (3) спірального корпуса (2) поділяє 2 (19) 1 3 Винахід належить взагалі до спіральних теплообмінників, що уможливлюють теплопередачу між двома текучими середовищами при різних температурах для різних цілей. Зокрема, винахід відноситься спірального теплообмінника, який є таким, що спіральний корпус й зовнішній кожух не треба зварювати разом для складання спірального теплообмінника. Зазвичай спіральні теплообмінники виготовляють операцією скручування. Два листи зварюються на відповідному кінці, причому зварний шов знаходитиметься у центральній частині листів. Ці два листи скручуються навколо один одного з використанням висувного осердя тощо для утворення спірального елемента з листів так, щоб розмежувати два окремих проходи або проточних канали. До листів прикріплені дистанційні бобишки, які мають висоту, що відповідає ширині проточних каналів. Після висування осердя в центрі спірального елемента утворюються два впускних/випускних канали. Ці два канали відділені один від одного центральною частиною листів. До зовнішньої периферії спірального елемента приварений кожух. Бічні кінці спірального елемента оброблені, причому спіральні проточні канали можуть закриватися з боків на двох торцях різними шляхами. Типово, до кожного з торців прикріплена кришка. Одна з цих торцевих кришок може мати дві з'єднувальні труби, що проходять в середину й сполучаються з відповідним одним з двох проточних каналів. На радіальних зовнішніх кінцях спіральних проточних каналів до кожуха приварений відповідний колектор, або спіральний елемент утворює випускний/впускний елемент для відповідного проточного каналу. Альтернативно, для виготовлення теплообмінника використовується один лист. У минулому й на разі для уможливлення чистки спірального теплообмінника використовувалися й використовуються різні розчини. У документі GBA-2 140 549 розкритий теплообмінник, який має корпус центрального проходу з центральним спіральним корпусом. До обох боків корпусу центрального проходу прикріплені на фланцях плити кришок. Таким чином, проточний канал спірального теплообмінника є легкодоступним для чистки. В іншому документі US-A-4 546 826 розкритий звичайний спіральний теплообмінник, який має кожух, що складається з трьох частин: середня секція і дві кінцеві секції. Фланці на кінцевих секціях прикріплені до відповідних фланців середньої секції. У документі GB-A-1 260 327 розкритий теплообмінник, який має елементи спірального трубчастого змійовика, розміщені у кожусі. Кожух має верхню секцію і нижню секцію, які з'єднуються фланцями й болтами. Одна з проблем, пов'язаних із звичайними спіральними теплообмінниками, полягає у тому, що вони не дозволяють замінити спіральний корпус, утворений листами, при його зношуванні, оскільки спіральний корпус приварений до кришки або кожуха спірального теплообмінника. 95865 4 Метою цього винаходу є усунення вищезазначених проблем, пов'язаних з відомими спіральними теплообмінниками. Зокрема, метою цього винаходу є створення спірального теплообмінника, у якого кожух має бути розміщений гнучко відносно до спірального корпуса, уякого спіральний корпус може бути запасною частиною, яку можна замінити новим спіральним корпусом без важких операцій, у якого частини спірального теплообмінника можуть виготовлятися паралельно, й у якого спіральний корпус буде легкодоступним для чистки. Ця мета досягається спіральним теплообмінником, який містить спіральний корпус, утворений принаймні одним спіральним листом, скрученим для утворення спірального корпуса, який утворює принаймні перший проточний канал спіральної форми для першого середовища і другий проточний канал спіральної форми для другого середовища, причому спіральний корпус поміщений у практично циліндричний кожух, оснащений з'єднувальними елементами, які сполучаються з першим проточним каналом і другим проточним каналом, причому кожух має принаймні дві частини кожуха, й спіральний корпус оснащений принаймні одним жорстко прикріпленим фланцем на своїй зовнішній периферійній поверхні, до якого принаймні дві частини кожуха жорстко прикріплені. Відповідно до іншого аспекту винаходу, фланець спірального корпуса розміщений симетрично посередині спірального корпуса, маючи рівну відстань до торців спірального корпуса від принаймні одного фланця. Відповідно до іншого аспекту винаходу, фланець спірального корпуса розміщений асиметрично на периферії спірального корпуса, маючи різну відстань до торців спірального корпуса від принаймні одного фланця. Принаймні один фланець спірального корпуса поділяє найбільш віддалений від центру простір спірального теплообмінника принаймні на два простори, причому ці найбільш віддалені від центру простори обмежуються зовнішньою периферією спірального корпуса і принаймні двома частинами кожуха у місці фланця відносно торців спірального корпуса. Місцезнаходження фланця вздовж периферії спірального корпуса дозволяє регулювати швидкість середовищ спірального теплообмінника. Відповідно до іншого аспекту винаходу, кожна частина кожуха оснащена двома з'єднувальними елементами, які сполучаються з одним із двох проточних каналів, причому кожна частина кожуха оснащена одним з'єднувальним елементом на своїй периферійній поверхні й одним з'єднувальним елементом, що знаходиться на одній з її торцевих поверхонь, для сполучення з одним із двох проточних каналів. Відповідно до ще одного аспекту винаходу, принаймні дві частини кожуха кожна оснащена фланцем, розміщеним на відкритому торці принаймні двох частин кожуха і призначеним для жорсткого прикріплення частин кожуха до фланця спі 5 рального корпуса. Фланці двох частин кожуха розміщені таким чином, що дві частини кожуха можна незалежно кріпити до спірального корпуса й (або) від'єднувати від нього. Відповідно до ще одного аспекту винаходу, спіральний теплообмінник має також прокладки, гнучко розміщені між торцевими частинами спірального корпуса і внутрішньою поверхнею закритих торцевих частин частин кожуха. Крім того, спіральний теплообмінник має ще один комплект прокладок, розміщених між фланцями частин кожуха і фланцем спірального корпуса. Ще однією метою цього винаходу є створення спірального теплообмінника, який можна використати у разі потреби підвищеної продуктивності або довшого шляху теплообміну. Ця мета досягається системою спіральних теплообмінників, підключених послідовно або паралельно, причому спіральний теплообмінник містить спіральний корпус, утворений принаймні одним спіральним листом, скрученим для утворення спірального корпуса, який утворює принаймні перший проточний канал спіральної форми для першого середовища і другий проточний канал спіральної форми для другого середовища, причому спіральний корпус поміщений у практично циліндричний кожух, оснащений з'єднувальними елементами, які сполучаються з першим проточним каналом і другим проточним каналом, причому кожух має принаймні дві частини кожуха, й спіральний корпус має принаймні один жорстко прикріплений фланець на своїй зовнішній периферійній поверхні, до якого принаймні дві частини кожуха жорстко прикріплені. Подальші аспекти винаходу очевидні з доданої формули винаходу й опису. Подальші цілі, відмітні ознаки й переваги стануть очевидними з наступного докладного опису кількох варіантів здійснення винаходу з посиланнями на додані креслення, на яких: Фіг.1 представляє собою покомпонентний вигляд пропонованого спірального теплообмінника; Фіг.2 представляє собою розріз пропонованого спірального теплообмінника; Фіг.3а-3b представляють собою розріз пропонованих спіральних теплообмінників, з'єднаних паралельно; Фіг.4а-4b представляють собою розріз пропонованих спіральних теплообмінників, з'єднаних послідовно; й Фіг.5а-5с представляють собою розрізи альтернативних варіантів здійснення пропонованого спірального теплообмінника. Спіральний теплообмінник містить принаймні два спіральних листи, що проходять відповідним шляхом спіральної форми навколо спільної центральної вісі й утворюють принаймні два проточних канали спіральної форми, практично паралельних між собою, причому кожен проточний канал має радіально зовнішній отвір, який уможливлює сполучення між відповідним проточним каналом і відповідним випускним/впускним каналом і який знаходиться у радіально зовнішній частині відповідно проточного каналу відносно до центральної вісі, і радіально внутрішній отвір, який 95865 6 уможливлює сполучення між відповідним проточним каналом і відповідною впускною/випускною камерою, причому кожен проточний канал дозволяє теплообмінному текучому середовищу протікати практично у дотичному напрямку відносно до центральної вісі, причому центральна вісь проходить через впускну/випускну камери у радіально внутрішньому отворі. До листів прикріплені дистанційні бобишки, які мають висоту, що відповідає ширині проточних каналів. Фіг.1 представляє собою покомпонентний вигляд пропонованого спірального теплообмінника 1. Спіральний теплообмінник 1 містить спіральний корпус 2, утворений звичайним шляхом через скручування двох листів навколо висувного осердя. Листи мають дистанційну бобишку (не показану), прикріплену до листів або утворену на поверхні листів. Дистанційні бобишки служать для утворення проточних каналів між листами і мають висоту, що відповідає ширині проточних каналів. На цьому кресленні спіральний корпус 2 показаний лише схематично з кількома витками, але очевидно, що він може мати додаткові витки, і що ці витки утворюються від центра спірального корпуса 2 й проходять до зовнішнього краю спірального корпуса 2. На центральній або середній частині зовнішньої периферії спірального корпуса 2 прикріплений фланець 3. Спіральний корпус 2 поміщений у кожух 4, який має дві окремі частини кожуха 4а й 4b. Кожна з частин кожуха 4а й 4b містить у собі одну половину спірального корпуса 2. Фланець 3 зазвичай кріпиться до спірального корпуса 2 зварюванням; можливі й інші засоби. Частина кожуха 4а утворена циліндром, що має відкритий торець 5а, причому відкритий торець 5а має фланець 6а, що відповідає фланцю 3 спірального корпуса 2 й уможливлює прикріплення частини кожуха 4а до фланця 3. Інша торцева частина 7а частини кожуха 4а закрита і має перший з'єднувальний елемент 8а, прикріплений по центру до торцевої частини 7а частини кожуха 4а. До оболонки частини кожуха 4а прикріплений другий з'єднувальний елемент 9а. Частина кожуха 4b практично ідентична частині кожуха 4а і має відкритий торець з фланцем 6b, закриту торцеву частину 7b з першим з'єднувальним елементом 8b і другий з'єднувальний елемент 9b, прикріплений до оболонки частини кожуха 4b. З'єднувальні елементи 8а-b і 9а-9b типово приварені до частин кожуха й усі мають фланець для підключення спірального теплообмінника 1 трубопроводів системи, частиною якої спіральний теплообмінник 1 є. Крім того, спіральний теплообмінник 1 має прокладки 10а, 10b, причому кожна прокладка розміщена між торцевими частинами 11а, 11b спірального корпуса 2 і внутрішньою поверхнею закритих торцевих частин 7а, 7b частин кожуха 4а, 4b відповідно для ущільнення проточних каналів один від одного. Прокладки 10а, 10b можуть виконуватися як спіраль, схожа до спіралі спірального корпуса 2, потім вони натискуються на кожен виток спірального корпуса 2. Альтернативно, прокладки 10а, 10b стискуються між спіральним корпусом 2 і внутрішньою поверхнею закритих торцевих частин 7а, 7b частин кожуха 4а й 4b. Прокладки можуть 7 конструктивно виконуватися й іншим чином, аби забезпечувався ущільнюючий ефект. Ще один комплект прокладок (не показані) передбачений між фланцями 6а, 6b частин кожуха 4а, 4b і фланцем 3 спірального корпуса 2. Частини кожуха 4а, 4b нормально прикріплені до спірального корпуса 2, тобто фланці 6а, 6b частин кожуха 4а, 4b прикріплені до фланця 3 спірального корпуса 2, звичайним з'єднанням, таким, як болтове з'єднання, затискне з'єднання тощо. Можна мати й окремі з'єднання для фланців 6а, 6b частин кожуха 4а, 4b для прикріплення до фланця 3 спірального корпуса 2 так, щоб частини кожуха 4а, 4b можна було встановлювати й (або) демонтувати зі спірального корпуса 2 окремо. Фіг.2 представляє собою розріз пропонованого спірального теплообмінника 1. Хоча про це не йшлося, фахівцеві у цій галузі зрозуміло, що зовнішня поверхня спірального корпуса зазвичай має штирі або дистанційні бобишки, що впираються у внутрішню поверхню кожуха, щоб чинити опір тиску робочих текучих середовищ спірального теплообмінника. Спіральний теплообмінник 1 діє наступним чином. Перше середовище поступає у спіральний теплообмінник 1 через перший з'єднувальний елемент 8а, виконаний як впускний отвір, причому перший з'єднувальний елемент 8а підключений до системи зовнішніх трубопроводів. Перший з'єднувальний елемент 8а сполучається з першим проточним каналом спірального корпуса 2, і перше середовище транспортується через перший проточний канал у другий з'єднувальний елемент 9а, виконаний як випускний отвір, звідки перше середовище залишає спіральний теплообмінник 1. Другий з'єднувальний елемент 9а підключений до системи зовнішніх трубопроводів для подальшого транспортування першого середовища. Друге середовище поступає у спіральний теплообмінник 1 через другий з'єднувальний елемент 9b, виконаний як впускний отвір, причому другий з'єднувальний елемент 9b підключений до системи зовнішніх трубопроводів. Другий з'єднувальний елемент 9b сполучається з другим проточним каналом спірального корпуса 2, і перше середовище транспортується через другий проточний канал у перший з'єднувальний елемент 8b, виконаний як випускний отвір, звідки друге середовище залишає спіральний теплообмінник 1. Другий з'єднувальний елемент 8b підключений до системи зовнішніх трубопроводів для подальшого транспортування другого середовища. Усередині спірального корпуса 2 відбуватиметься теплообмін між першим і другим середовищами, при якому одне середовище нагріватиметься, а інше середовище охолоджуватиметься. Залежно від конкретного застосування спірального теплообмінника 1, вибір двох середовищ може бути різним. Вище було описано, як два середовища циркулюють у протилежних напрямках через спіральний теплообмінник, але виявляється, що вони можуть циркулювати й у паралельних напрямках. Для того щоб підвищити продуктивність пропонованого спірального теплообмінника, кілька 95865 8 спіральних теплообмінників можна підключити паралельно, як показано на Фіг.3а і 3b. На фіг. 3а два спіральних теплообмінника 1a, 1b підключені паралельно з проміжною частиною 20, розміщеною між двома спіральними теплообмінниками 1a, 1b. Проміжна частина 20 служить як випускний канал для одного з середовищ для обох спіральних теплообмінників 1a, 1b. На Фіг.3b три спіральних теплообмінника 1а, 1b, 1с підключені паралельно з першою проміжною частиною 20, розміщеною між двома спіральними теплообмінниками 1b, 1c, і другою проміжною частиною 30, розміщеною між двома спіральними теплообмінниками 1a, 1b. Проміжна частина 20 служить як випускний канал для першого з двох середовищ для двох спіральних теплообмінників 1b, 1c, а друга проміжна частина 30 служить як впускний канал для другого з двох середовищ для двох спіральних теплообмінників 1a, 1b. Для того щоб подовжити шлях теплообміну пропонованого спірального теплообмінника, кілька спіральних теплообмінників можна підключити послідовно, як показано на Фіг.4а і 4b. Подовжений шлях теплообміну може бути потрібним для деяких застосувань спірального теплообмінника, в яких теплообмін між середовищами має бути тривалішим за часом. На Фіг.4а два спіральних теплообмінника 1a, 1b підключені послідовно. Спіральні теплообмінники 1a, 1b розміщені таким чином, що для першого середовища випускний канал першого спірального теплообмінника 1а підключений безпосередньо до впускного каналу другого спірального теплообмінника 1b, a для другого середовища випускний канал першого спірального теплообмінника підключений трубою 50 до впускного каналу другого спірального теплообмінника 1b для другого середовища. На Фіг.4b три спіральних теплообмінника 1a, 1b, 1c підключені послідовно. Подібно до випадку, коли послідовно підключені два спіральних теплообмінника, спіральні теплообмінники 1a, 1b розміщені таким чином, що для першого середовища випускний канал першого спірального теплообмінника 1а підключений безпосередньо до впускного каналу другого спірального теплообмінника 1b, а для другого середовища випускний канал першого спірального теплообмінника підключений трубою 50 до впускного каналу другого спірального теплообмінника 1b для другого середовища. Подальший третій спіральний теплообмінник 1с розміщений таким чином, що випускний канал другого спірального теплообмінника 1b для першого середовища підключений трубою 60 до впускного каналу третього спірального теплообмінника 1с. Випускний канал другого спірального теплообмінника 1b для другого середовища підключений безпосередньо до впускного каналу третього спірального теплообмінника 1с. Хоча підключеними паралельно або послідовно показані два або три спіральних теплообмінників 1, зрозуміло, що можливе підключення й додаткових спіральних теплообмінників, якщо цього вимагатиме конкретне застосування спіральних теплообмінників, і що винахід показаними варіантами здійснення не обмежується. 9 На Фіг.5а показана нормальна будова пропонованого спірального теплообмінника 1. На Фіг.5b показаний інший варіант здійснення цього винаходу, в якому фланець 3 асиметрично прикріплений або встановлений на спіральному корпусі 2 спірального теплообмінника 1 з неоднаковою відстанню від фланця 3 до двох торців спірального корпуса 2. На Фіг.5с показане альтернативне конструктивне виконання цього варіанту здійснення, в якому на спіральному теплообміннику 1 між двома фланцями За, Зb спірального корпуса 2 передбачений проміжний кожух 4с. Частини кожуха 4а, 4b прикріплені до спірального корпуса 2 подібно до того, як описано вище. Хоча на Фіг.5с показано, що частини кожуха 4а, 4b є рівними за довжиною, зрозуміло, що вони можуть конструктивно виконуватися як частини кожуха 4а, 4b на Фіг.5b, тобто таким чином, що відстань від фланців За, Зb до двох торців спірального корпуса 2 не однакова. У випадку фланця 3, зміщеного від середини спірального корпуса 2, як показано на Фіг.5b, або двох фланців 3а, 3b з проміжним кожухом 4с, як показано на Фіг.5с, об'єм "останнього витка", тобто простір між частинами кожуха 4а, 4b і периферією спірального корпуса 2, можна змінювати, і таким чином можна регулювати швидкість середовища в "останньому витку". Це є переважним у випадку середовища з однією критичною швидкістю або у випадку проміжного кожуха 4с для двох текучих середовищ з критичною швидкістю (див. Фіг.5с). Оскільки фланець поділяє зовнішню поверхню або периферія спірального корпуса на дві окремі камери, розподіл середовища покращиться, оскільки середовищу потрібно буде розподілятися лише на половині довжини спірального корпуса. 95865 10 Оскільки кожух пропонованого спірального теплообмінника передбачений як дві окремі й незалежні частини кожуха, для двох частин кожуха можна використовувати різні матеріали. Перевагою мати з'єднувальні елементи, які прикріплені лише до кожуха і не контактують зі спіральним корпусом на відміну від нормальної конструкції спіральних теплообмінників, є те, що термічна втома або термічна напруга значно знижується. Пропонований спіральний теплообмінник виграє серед багато чого іншого у тому, що його легко чистити, що спіральний корпус можна заміняти, легка заміна спірального корпуса уможливлює майже безперервне виробництво, і виготовлення спірального теплообмінника є швидшим і дешевшим, оскільки кожух і спіральний корпус можна виготовляти паралельно. У наведеному вище описі термін "з'єднувальний елемент" вживається як елемент, підключений до спірального теплообмінника і, зокрема,, до проточних каналів спірального теплообмінника, але слід розуміти, що з'єднувальний елемент - це з'єднувальна труба або схожий пристрій, які зазвичай приварюються до спірального теплообмінника і можуть мати засоби для підключення додаткових трубопроводів зовнішньої системи до з'єднувального елемента. Винахід не обмежується варіантами здійснення, обписаними вище і показаними на кресленнях. Він може доповнюватися й змінюватися будь-яким чином у межах об'єму винаходу, визначених доданою формулою винаходу. 11 95865 12 13 Комп’ютерна верстка А. Крижанівський 95865 Підписне 14 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601